JP2003206765A - 内燃機関の可変動弁装置 - Google Patents
内燃機関の可変動弁装置Info
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract
する荷重によって制御軸センサの出力に誤差が生じ、制
御精度が低下することを防止する。 【解決手段】 吸気弁のリフト・作動角を連続的に増減
変化させることができるリフト・作動角可変機構が用い
られる。リフト・作動角可変機構は、中間部材としての
ロッカアームを含む複数のリンクからなり、ロッカアー
ムが嵌合する制御偏心カムを備えた制御軸の回転角度に
よって、その特性が変化する。制御軸の回転角度はポテ
ンショメータからなる制御軸センサによって検出され
る。制御軸センサの出力は、吸気弁リフトに伴う荷重に
よって影響されるが、小作動角となるアイドル運転中
は、全ての気筒の吸気弁がリフトしていないタイミング
(CA1〜CA4)で出力信号の読み込みを行う。この
タイミングでは、荷重が作用していないので、誤差が最
小となる。
Description
弁に用いられる可変動弁装置、特に、吸気弁のリフト特
性を連続的に可変制御可能な可変動弁装置に関する。
には、吸気弁の作動角を連続的に可変制御可能な可変動
弁装置が開示されている。この装置は、内燃機関本体に
回転自在に支持され、かつ内燃機関の回転に同期して回
転する駆動軸と、同じく内燃機関本体に回転自在に支持
され、かつ油圧アクチュエータによって回転角度が制御
される制御軸と、上記駆動軸の回転運動がピンを介して
伝達されて回転運動するとともに、その回転運動の内燃
機関本体に対する中心位置が、上記制御軸の回転角度に
応じて変化する中間部材としての環状ディスクと、この
環状ディスクの回転運動に伴って回転し、吸気弁を押圧
するカムと、を備えており、環状ディスクの回転中心位
置が変化することにより該環状ディスクさらにはカムが
不等速回転し、弁開閉時期ならびに作動角が変化するよ
うに構成されている。
出するために、制御軸の回転角度に応じたセンサ出力を
発生する回転角度センサつまりポテンショメータが設け
られており、運転条件に応じた目標回転位置となるよう
に上記油圧アクチュエータがクローズドループ制御され
ている。上記ポテンショメータは、内燃機関本体、例え
ばシリンダヘッドに固定されており、上記制御軸の端部
に直結されている。
ように制御軸に回転角度センサを直結した構成では、制
御軸の振動や荷重による変位が回転角度センサの軸に直
接伝達されてしまい、回転角度センサの耐久性が低くな
る、という問題がある。
度センサを制御軸に対し同軸上に配置したとしても、内
燃機関本体に回転自在に支持される制御軸は、その軸受
部のクリアランスの範囲内で径方向に動きうるので、バ
ルブスプリング反力や各部の慣性力によって制御軸が荷
重を受けると、制御軸中心とセンサ軸中心との間で相対
位置変化が発生し、回転角度センサの耐久性に悪影響を
与える虞がある。
との相対位置変化を許容するような何らかの継手構造を
介して両者を接続したり、あるいは、電磁式等の非接触
回転角度センサを用いたような場合には、上記の荷重に
よる相対位置変化に起因して、センサ出力誤差が大きく
発生することがある。
よる制御軸と回転角度センサとの相対位置変化を許容し
つつ、この相対位置変化に伴う検出精度の低下を抑制す
ることを目的としている。
動弁装置では、内燃機関の回転に同期して回転する駆動
軸と、この駆動軸の回転角度が伝達されて回転運動もし
くは揺動運動する中間部材と、を有し、この中間部材の
運動に伴って吸気弁がリフトする。また、電動モータあ
るいは油圧式等のアクチュエータによって回転角度が制
御される制御軸を備え、この制御軸の回転角度に応じ
て、上記中間部材の回転運動もしくは揺動運動の内燃機
関本体に対する中心位置が変化し、リフト特性が可変制
御される。つまり、制御軸の回転角度をアクチュエータ
を介して動かすことで、リフト特性が連続的に変化す
る。
に、制御軸の実際の回転角度が、内燃機関本体に固定さ
れた回転角度センサによって検出されるようになってお
り、制御装置が、この回転角度センサのセンサ出力に基
づいて上記アクチュエータを制御する。例えば、運転条
件に応じた所望のリフト特性に対応する制御軸回転角度
となるように、フィードバック制御する。
力等により制御軸が半径方向へ荷重を受けるので、軸受
部のクリアランスにより、回転角度センサに対し相対移
動しようとし、検出誤差の要因となる。
吸気弁がリフトしていないときの回転角度センサのセン
サ出力に基づいて上記アクチュエータが制御される。そ
のため、制御軸の半径方向の変位の影響を受けず、制御
誤差を生じることがない。
複数の気筒の吸気弁に関与する場合には、総ての気筒の
吸気弁がリフトしていないことが望ましい。可変動弁装
置によって各吸気弁の作動角が小さく制御されている状
況では、総ての気筒の吸気弁がリフトしていない期間が
容易に得られる。但し、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、回転角度センサに近接した一部の気筒のみが
制御軸の半径方向の変位に強く影響している場合には、
その一部気筒の吸気弁がリフトしていないことを条件と
することができる。
フトによる影響を、ローパスフィルタによって排除す
る。すなわち、センサ出力のうち所定低周波数域の信号
のみを通過させるローパスフィルタと、このローパスフ
ィルタの出力に基づいて上記アクチュエータを制御する
制御手段と、を具備する。
転角度の検出は、吸気弁のリフトの有無に無関係に、連
続的に、もしくは微小なサンプリング期間により実質的
に連続的となるように行われる。回転角度センサのセン
サ出力には、吸気弁のリフトに伴う制御軸の周期的な変
位がノイズとなって現れるが、このノイズつまり吸気弁
リフトの周期は、気筒数および機関回転速度によって定
まる。従って、例えばアイドル回転数に対応した周波数
よりも高い周波数域をローパスフィルタによって取り除
くことで、リフトによる誤差を排除できる。上記所定低
周波数域は、固定的に設定するほか、そのときの機関回
転速度に対応して可変的に設定することも可能である。
い制御軸が半径方向に変位することによる制御軸回転角
度の検出誤差を排除でき、これに起因する制御軸の制御
誤差ひいては運転性への悪影響を回避することができ
る。従って、吸気弁のリフト特性を一層高い精度で可変
制御でき、例えばスロットル弁に依存しない吸気量制御
の実現が可能となる。
に、荷重による制御軸と回転角度センサとの相対位置変
化が許容される構成を採用することが可能となり、回転
角度センサへの直接的な振動伝達を防止することができ
る。
点火式ガソリン機関の吸気弁に適用した実施の形態につ
いて説明する。
の構成を示す構成説明図であり、この可変動弁装置は、
可変動弁機構として、吸気弁のリフト・作動角を変化さ
せるリフト・作動角可変機構1と、そのリフトの中心角
の位相(図示せぬクランクシャフトに対する位相)を進
角もしくは遅角させる位相可変機構21(第2の可変動
弁機構)と、を備えている。
る。なお、このリフト・作動角可変機構1は、本出願人
が先に提案したものであるが、例えば特開平11−10
7725号公報等によって公知となっているので、その
概要のみを説明する。
ッド(図示せず)に摺動自在に設けられた吸気弁11
と、シリンダヘッド上部のカムブラケット(図示せず)
に回転自在に支持された駆動軸2と、この駆動軸2に、
圧入等により固定された偏心カム3と、上記駆動軸2の
上方位置に同じカムブラケットによって回転自在に支持
されるとともに駆動軸2と平行に配置された制御軸12
と、この制御軸12の偏心カム部18に揺動自在に支持
された中間部材としてのロッカアーム6と、各吸気弁1
1の上端部に配置されたタペット10に当接する揺動カ
ム9と、を備えている。上記偏心カム3とロッカアーム
6とはリンクアーム4によって連係されており、ロッカ
アーム6と揺動カム9とは、リンク部材8によって連係
されている。
ングチェーンないしはタイミングベルトを介して機関の
クランクシャフトによって駆動されるものである。
外周面の中心が駆動軸2の軸心から所定量だけオフセッ
トしているとともに、この外周面に、リンクアーム4の
環状部が回転可能に嵌合している。
心カム部18によって揺動可能に支持されており、その
一端部に、連結ピン5を介して上記リンクアーム4のア
ーム部が連係しているとともに、他端部に、連結ピン7
を介して上記リンク部材8の上端部が連係している。上
記偏心カム部18は、制御軸12の軸心から偏心してお
り、従って、制御軸12の角度位置に応じてロッカアー
ム6の揺動中心は変化する。
して回転自在に支持されており、側方へ延びた端部に、
連結ピン17を介して上記リンク部材8の下端部が連係
している。この揺動カム9の下面には、駆動軸2と同心
状の円弧をなす基円面と、該基円面から所定の曲線を描
いて延びるカム面と、が連続して形成されており、これ
らの基円面ならびにカム面が、揺動カム9の揺動位置に
応じてタペット10の上面に当接するようになってい
る。
間として、リフト量が0となる区間であり、揺動カム9
が揺動してカム面がタペット10に接触すると、徐々に
リフトしていくことになる。なお、ベースサークル区間
とリフト区間との間には若干のランプ区間が設けられて
いる。
端部に設けられたリフト・作動角制御用アクチュエータ
13によって所定角度範囲内で回転するように構成され
ている。このリフト・作動角制御用アクチュエータ13
は、例えばウォームギア15を介して制御軸12を駆動
するサーボモータ等からなり、エンジンコントロールユ
ニット19からの制御信号によって制御されている。こ
こで、制御軸12の回転角度は、アナログセンサからな
る制御軸センサ14によって検出され、この検出した実
際の制御状態に基づいて上記アクチュエータ13がクロ
ーズドループ制御される。
明すると、駆動軸2が回転すると、偏心カム3のカム作
用によってリンクアーム4が上下動し、これに伴ってロ
ッカアーム6が揺動する。このロッカアーム6の揺動
は、リンク部材8を介して揺動カム9へ伝達され、該揺
動カム9が揺動する。この揺動カム9のカム作用によっ
て、タペット10が押圧され、吸気弁11がリフトす
る。
ータ13を介して制御軸12の角度が変化すると、ロッ
カアーム6の揺動運動の中心位置が動いて該ロッカアー
ム6の初期位置が変化し、ひいては揺動カム9の初期揺
動位置が変化する。
ているとすると、ロッカアーム6は全体として上方へ位
置し、揺動カム9の連結ピン17側の端部が相対的に上
方へ引き上げられた状態となる。つまり、揺動カム9の
初期位置は、そのカム面がタペット10から離れる方向
に傾く。従って、駆動軸2の回転に伴って揺動カム9が
揺動した際に、基円面が長くタペット10に接触し続
け、カム面がタペット10に接触する期間は短い。従っ
て、リフト量が全体として小さくなり、かつその開時期
から閉時期までの角度範囲つまり作動角も縮小する。
ているとすると、ロッカアーム6は全体として下方へ位
置し、揺動カム9の連結ピン17側の端部が相対的に下
方へ押し下げられた状態となる。つまり、揺動カム9の
初期位置は、そのカム面がタペット10に近付く方向に
傾く。従って、駆動軸2の回転に伴って揺動カム9が揺
動した際に、タペット10と接触する部位が基円面から
カム面へと直ちに移行する。従って、リフト量が全体と
して大きくなり、かつその作動角も拡大する。
に変化させ得るので、これに伴って、バルブリフト特性
は、連続的に変化する。つまり、リフトならびに作動角
を、両者同時に、連続的に拡大,縮小させることができ
る。各部のレイアウトによるが、例えば、リフト・作動
角の大小変化に伴い、吸気弁11の開時期と閉時期とが
ほぼ対称に変化する。
うに、上記駆動軸2の前端部に設けられたスプロケット
22と、このスプロケット22と上記駆動軸2とを、所
定の角度範囲内において相対的に回転させる位相制御用
アクチュエータ23と、から構成されている。上記スプ
ロケット22は、図示せぬタイミングチェーンもしくは
タイミングベルトを介して、クランクシャフトに連動し
ている。上記位相制御用アクチュエータ23は、例えば
油圧式、電磁式などの回転型アクチュエータからなり、
エンジンコントロールユニット19からの制御信号によ
って制御されている。この位相制御用アクチュエータ2
3の作用によって、スプロケット22と駆動軸2とが相
対的に回転し、バルブリフトにおけるリフト中心角が遅
進する。つまり、リフト特性の曲線自体は変わらずに、
全体が進角もしくは遅角する。また、この変化も、連続
的に得ることができる。この位相可変機構21の実際の
制御状態は、駆動軸2の回転位置に応答する駆動軸セン
サ16によって検出され、これに基づいて、上記アクチ
ュエータ23がクローズドループ制御される。
た本実施例の内燃機関は、スロットル弁に依存せず、吸
気弁11の可変制御によって吸気量が制御される。な
お、実用機関では、ブローバイガスの還流等のために吸
気系に若干の負圧が存在していることが好ましいので、
図示していないが、吸気通路の上流側に、スロットル弁
に代えて、負圧生成用の適宜な絞り機構を設けることが
望ましい。
リフト特性の具体的な制御について説明する。まず、図
2は、運転領域の中で、主にリフト量に着目して吸気量
の制御が行われるバルブリフト制御域と、主にバルブタ
イミングに着目して吸気量の制御が行われるバルブタイ
ミング制御域と、を示している。上流バルブリフト制御
域は、アイドルを含む極低負荷域に相当する。
のバルブリフト特性を示したもので、図示するように、
アイドル等の極低負荷域においては、リフト量が極小リ
フトとなる。これは特に、リフト中心角の位相が吸気量
に影響しない程度にまで小さなリフト量となる。そし
て、位相可変機構21によるリフト中心角の位相は、最
も遅角した位置となり、これによって、閉時期は、下死
点直前位置となる。
て、吸気流が吸気弁11の間隙においてチョークした状
態となり、極低負荷域で必要な微小流量が安定的に得ら
れる。そして、閉時期が下死点近傍となることから、有
効圧縮比は十分に高くなり、極小リフトによるガス流動
の向上と相俟って、比較的良好な燃焼を確保できる。
の大きな低負荷領域(補機負荷が加わっているアイドル
状態を含む)においては、リフト・作動角が大きくな
り、かつリフト中心角は進角した位置となる。このとき
には、上述したように、バルブタイミングをも考慮して
吸気量制御が行われることになり、吸気弁閉時期を早め
ることで、吸気量が比較的少量に制御される。この結
果、リフト・作動角はある程度大きなものとなり、吸気
弁11によるポンピングロスが低減する。
小リフトでは、前述したように、位相を変更しても吸気
量は殆ど変化しないので、極低負荷域から低負荷域へと
移行する場合には、位相変更よりも優先して、リフト・
作動角を拡大する必要がある。空調用コンプレッサ等の
補機の負荷が加わった場合も同様である。
てくる中負荷域では、図3に示すように、リフト・作動
角をさらに拡大しつつ、リフト中心角の位相を進角させ
る。リフト中心角の位相は、中負荷域のある点で、最も
進角した状態となる。これにより、内部EGRが利用さ
れ、一層のポンピングロス低減が図れる。
動角を拡大し、かつ最適なバルブタイミングとなるよう
に位相可変機構21を制御する。なお、図示するよう
に、機関回転数によっても最適なバルブリフト特性は異
なるものとなる。
は、バルブリフト制御域として主にリフト量による微小
流量の制御が行われるのであるが、バルブタイミング制
御域となる低負荷域との境界つまり制御の切換点は、実
際の燃焼安定状態に応じて補正することが好ましい。あ
るいは、制御の簡略化のために、機関温度を検出し、こ
れに応じて補正することも可能である。このように補正
することで、燃焼の悪化を来さない範囲でバルブタイミ
ング制御域を拡大することができ、ポンピングロス低減
の上で有利となる。
御軸センサ14の詳細を示している。この実施例では、
制御軸センサ14は、センサ軸81の回転角度に応じた
センサ出力を発生する回転型ポテンショメータからな
り、センサ軸81が上記制御軸12に対し同軸上となる
ように、シリンダヘッドの一部(符号101で示す)に
固定されている。センサ軸81と制御軸12とは、それ
ぞれの中心位置の誤差ないしは変位を許容し得るよう
に、互いに直結されておらず、制御軸12の端面の外周
部にピン84が設けられているとともに、半径方向のス
リット82を備えたベースプレート83が上記センサ軸
81に取り付けられており、上記スリット82に上記ピ
ン84が係合して、制御軸12の回転がセンサ軸81に
伝達されている。
いては、センサ軸81が制御軸12に直結されていない
ため、制御軸センサ14への振動や荷重の伝達を回避で
きる利点があるが、その反面、制御軸12の軸受部のク
リアランスによる半径方向の変位によって、センサ出力
が誤差を含むものとなる。図6は、この出力誤差を説明
するもので、吸気弁11のリフト時に、図示せぬバルブ
スプリングの反力ならびにロッカアーム6やその他のリ
ンク部材の慣性力による荷重Fが制御軸12の半径方向
へ作用し、この荷重Fによって制御軸12が半径方向へ
変位する。そのため、図示するように、ピン84の位置
が変位して、角度θとして示すようにベースプレート8
3が回転し、大きなセンサ出力誤差が発生する。つま
り、アナログ信号として出力されるセンサ出力自体は、
吸気弁11のリフトに伴う誤差を含むものとなる(図1
2参照)。
する駆動軸センサ16の詳細を示している。この駆動軸
センサ16は、ホールIC素子を使用した非接触型のセ
ンサであり、シリンダヘッド101に固定されている。
この駆動軸センサ16に対向するように、駆動軸2の端
部に、1箇所にスリット86を形成した円形のプレート
85が取り付けられており、駆動軸センサ16から得ら
れる出力信号は、スリット86以外の部分でハイに、ス
リット86部分でローとなる。エンジンコントロールユ
ニット19は、駆動軸センサ16の出力信号がハイから
ローへと変化するタイミングを検出し、そのときのクラ
ンク角度を基準クランク角度(例えば位相可変機構21
の最遅角状態を基準状態として設定される)と比較する
ことで、クランクシャフトに対する駆動軸2の回転位相
差を求めることができる。
び図12の特性図に基づいて、上記可変動弁装置の制御
の第1実施例を説明する。なお、この第1実施例は、概
ね請求項1〜請求項8の発明を開示するものである。
択するための制御モード選択ルーチンであって、これ
は、エンジンコントロールユニット19において、一定
時間毎に繰り返し実行される。まずステップ100で、
内燃機関の運転条件としてアクセル開度APOと機関回
転速度Neとを読み込み、かつステップ101で、この
アクセル開度APOと機関回転速度Neとに基づいて、
内燃機関がアイドル運転中であるか否かを判断する。ア
イドル運転中であれば、第1制御モードを選択するもの
とし、ステップ102に進んで、制御モードを示す制御
モード選択フラグFmを0にセットする。また、非アイ
ドル運転中であれば、第2制御モードを選択するものと
し、ステップ106に進んで、制御モードを示す制御モ
ード選択フラグFmを1にセットする。
説明したように極小となっており、従って、全ての気筒
の吸気弁11がリフトしていない期間が十分に得られ
る。なお、全ての気筒の吸気弁11がリフトしていない
期間が存在すれば第1制御モードを選択することが可能
なので、そのときの吸気弁11の作動角が、気筒数に対
応して定められる所定作動角(例えば4気筒機関の場合
はクランク角度で180°以下)より小さいか否かを判
断して、制御モードの選択を行うようにすることもでき
(請求項3)、あるいは、全ての気筒の吸気弁11がリ
フトしていない期間が存在し得る作動角に対応するよう
にアイドル運転条件よりも若干範囲の広い低回転低負荷
領域を予め設定しておき、機関運転条件がこの領域内で
あるか否かに基づいて制御モードを選択するようにして
もよい(請求項4)。
は、エンジンコントロールユニット19内のRAMから
クランクシャフトと駆動軸2との回転位相差rθを読み
込む。上述した構成では、駆動軸2が1回転する間に1
回しか回転位相差rθを検出することができないので、
回転位相差rθの検出が行われたら、次の検出が行われ
るまでその値をRAMに記憶しておくようにしている。
なお、位相可変機構21が最遅角状態(基準状態)とな
っているときの回転位相差rθを0とし、クランクシャ
フトに対する駆動軸2の位相(リフト中心角の位相)が
進角するに従って回転位相差rθが大きくなるものとす
る。
ルユニット19内のROMから基準取り込みクランク角
度CA1b,CA2b,CA3b,CA4b(4気筒機
関の例)を読み込む。これらの基準取り込みクランク角
度CA1b〜CA4bは、制御軸センサ14の出力信号
の取り込みを行うクランク角度の基準値を示す値であ
り、位相可変機構21が最遅角状態(基準状態)であれ
ば、これらの基準取り込みクランク角度CA1b〜CA
4bにおいて、全気筒の吸気弁リフト量が0となる(図
12の破線参照)。なお、図12は、アイドル運転中の
ように吸気弁11のリフト量および作動角が非常に小さ
く制御されているときの状態を示す。
ランク角度CA1b〜CA4bとそのときの回転位相差
rθとに基づき、実際に制御軸センサ14の出力信号の
取り込みを行うクランク角度CA1,CA2,CA3,
CA4を算出する。具体的には、基準値であるCA1b
〜CA4bから回転位相差rθを減じた値を取り込みク
ランク角度CA1〜CA4とする。このような修正を行
うことにより、位相可変機構21の作動状態に拘わら
ず、全気筒の吸気弁リフト量が0となるタイミングで制
御軸センサ14の出力信号の取り込みを行うことができ
る(図12の実線参照)。ここで算出された取り込みク
ランク角度CA1〜CA4は、RAMに記憶され、図1
0のリフト・作動角制御ルーチンAの開始を判断する際
に使用される。
ンを示している。このルーチンは、クランク角度センサ
20により検出されたクランク角度が、RAMに記憶さ
れている取り込みクランク角度CA1〜CA4になる毎
に実行される。
ラグFmが0(第1制御モード選択中)であるか否かを
判断する。制御モード選択フラグFmが0であれば、ス
テップ201へ進み、制御軸センサ14の出力信号を、
制御軸12の実回転角度rLとして読み込む。本ルーチ
ンは、上記の取り込みクランク角度CA1〜CA4のタ
イミングで実行されるので、この出力信号の読み込みが
行われるときには制御軸12に吸気弁リフトに伴う荷重
が作用していないことになり、実回転角度rLの検出精
度が高くなる。
ルユニット19内のRAMから制御軸12の目標回転角
度tLを読み込む。この目標回転角度tLは、図示しな
い他の制御ルーチンにおいて内燃機関の運転条件に基づ
いて算出される。
tLと実回転角度rLとに基づき、アクチュエータ13
(例えばモータ)を制御するための制御信号を生成す
る。具体的には、目標回転角度tLと実回転角度rLと
の偏差および偏差の積分値に応じてフィードバック制御
信号を生成する。
い場合は、本ルーチンでは特に処理を行わずに終了す
る。
ンを示している。このルーチンは、図10の第1ルーチ
ンとは異なり、所定時間毎に繰り返し実行される。
ラグFmが1(第2制御モード選択中)であるか否かを
判断する。制御モード選択フラグFmが1であれば、ス
テップ211へ進み、制御軸センサ14の出力信号を、
制御軸12の実回転角度rLとして読み込む。本ルーチ
ンでは、この出力信号の取り込みが、吸気弁11のリフ
トと無関係に所定時間毎に行われるので、リフト中の荷
重による影響を受けることがあり得るが、非アイドル運
転中のリフト量および作動角は、アイドル運転中のリフ
ト量および作動角よりも大きいので、検出した実回転角
度rLが多少の誤差を含んでいても問題は生じない。
ルユニット19内のRAMから制御軸12の目標回転角
度tLを読み込む。この目標回転角度tLは、図示しな
い他の制御ルーチンにおいて内燃機関の運転条件に基づ
いて算出される。
tLと実回転角度rLとに基づき、アクチュエータ13
を制御するための制御信号を生成する。具体的には、目
標回転角度tLと実回転角度rLとの偏差および偏差の
積分値に応じてフィードバック制御信号を生成する。
い場合は、本ルーチンでは特に処理を行わずに終了す
る。
ル運転中(あるいは作動角が小さな低回転低負荷領域)
に、吸気弁11のリフトの影響を受けない時期、つまり
全気筒の吸気弁リフト量が0となっているときに、実回
転角度rLが読み込まれるので、実回転角度rLの検出
精度ひいてはリフト特性の制御精度を高く確保すること
ができる。従って、前述したようにリフト・作動角が極
小となって非常に高い制御精度が要求されるアイドル運
転中のリフト特性が精度良く得られ、スロットル弁に依
存しない吸気量制御を実現できる。
の制御状態に応じて取り込みクランク角度CA1〜CA
4の修正を行っているが、アイドル運転中の位相可変機
構21の状態変化が小さい場合には、このような修正を
省略することも可能である。
中は、基本的に位相可変機構21が大きく遅角した状態
に制御されることになるので、第1制御モードが選択さ
れるアイドル運転中に、位相可変機構21を最遅角状態
(基準状態)に固定するようにし、取り込みクランク角
度CA1〜CA4の修正を省略するようにしてもよい
(請求項13)。図13は、このような場合の位相可変
機構21の制御の概要を示すフローチャートであって、
ステップ300で、内燃機関の運転条件としてアクセル
開度APOと機関回転速度Neとを読み込み、かつステ
ップ301で、このアクセル開度APOと機関回転速度
Neとに基づいて、内燃機関がアイドル運転中であるか
否かを判断する。アイドル運転中であれば、ステップ3
03に進んで、位相可変機構21を最遅角状態に固定す
る。また、非アイドル運転中であれば、ステップ304
に進み、アクセル開度APOと機関回転速度Neとに応
じて位相可変機構21を制御する。
5の特性図に基づいて、上記可変動弁装置の制御の第2
実施例を説明する。なお、この第2実施例は、概ね請求
項9〜請求項12の発明を開示するものである。
ロールユニット19において一定時間毎に繰り返し実行
される。まずステップ400で、内燃機関の運転条件と
してアクセル開度APOと機関回転速度Neとを読み込
み、かつステップ401で、制御軸センサ14の出力信
号を、制御軸12の実回転角度rLとして読み込む。本
ルーチンは、所定時間毎に実行されるので、この出力信
号の取り込みは、吸気弁11のリフトと無関係に行われ
る(図15の読み込みタイミング参照)。ステップ40
2では、アクセル開度APOと機関回転速度Neとに基
づいて、内燃機関がアイドル運転中であるか否かを判断
し、アイドル運転中であれば、第1制御モードとしてス
テップ403〜ステップ412の処理を実行し、非アイ
ドル運転中であれば、第2制御モードとしてステップ4
13,414の処理を実行する。
ルユニット19内のRAMから実回転角度rLの前回値
rLzを読み込む。この前回値rLzは、前回、アクチ
ュエータ制御信号を生成したときの実回転角度rLの値
である。
ルユニット19内のRAMから、クランクシャフトと駆
動軸2との回転位相差rθを読み込む。
ロールユニット19内のROMから、基準許可範囲の情
報を読み込む。この基準許可範囲は、アクチュエータ制
御信号の生成を許可するクランク角度範囲の基準であ
り、位相可変機構21が最遅角状態(基準状態)でリフ
ト・作動角可変機構1が最小リフト・作動角状態にある
ときに、全気筒の吸気弁リフト量が0となるクランク角
度範囲である。この基準許可範囲は、図15に破線で示
した「OK」の区間である。
と実回転角度rLの前回値rLzと回転位相差rθとに
基づいて、実際にアクチュエータ制御信号の生成を許可
するクランク角度範囲を算出する。具体的には、前回値
rLzが示すリフト・作動角が最小リフト・作動角より
も大きい場合は、その値に応じて実際の許可範囲を基準
許可範囲よりも狭くし、また回転位相差rθが0より大
きい場合は、その値に応じて実際の許可範囲を基準許可
範囲よりも進角させる。この実際の許可範囲は、図15
に実線で示した「OK」の区間である。
サの出力信号から現在のクランク角度CAを読み込み、
ステップ408で、クランク角度CAがステップ406
で算出した許可範囲内か否かを判断する。
が許可範囲内であると判断された場合は、ステップ40
9へ進み、エンジンコントロールユニット19内のRA
Mから制御軸12の目標回転角度tLを読み込む。そし
て、ステップ410で、目標回転角度tLと実回転角度
rLとに基づき、アクチュエータ13(モータ)を制御
するための制御信号を生成する。最後にステップ411
で、ステップ401で読み込んだ実回転角度rLを、r
Lzとしてエンジンコントロールユニット19内のRA
Mに記憶し、一連の処理を終了する。
が許可範囲内でないと判断された場合は、ステップ41
2へ進む。このステップ412では、新たなアクチュエ
ータ制御信号の生成は行わず、直前の信号をそのまま維
持する。すなわち、クランク角度CAが許可範囲内でな
いときに読み込まれた実回転角度rL(図15の×印を
付した矢印のタイミングで読み込まれた値)は、実質的
に無視され、アクチュエータ制御信号には反映しない。
いない期間が存在し、かつ高い制御精度が要求されるア
イドル運転中に、吸気弁リフトによる誤差を排除して、
高い制御精度を確保することができる。
いと判断された場合は、第2制御モードとして、ステッ
プ413へ進み、エンジンコントロールユニット19内
のRAMから制御軸12の目標回転角度tLを読み込
み、かつステップ414で、この目標回転角度tLと実
回転角度rLとに基づいて、アクチュエータ制御信号を
生成する。
と同じく、リフト中の荷重による影響を受けることがあ
り得るが、非アイドル運転中のリフト量および作動角
は、アイドル運転中のリフト量および作動角よりも大き
いので、検出した実回転角度rLが多少の誤差を含んで
いても問題は生じない。
zに基づいて、実際の許可範囲の修正を行っている(請
求項11)ので、許可範囲の設定がより正確となる。例
えば、吸気弁リフト量の可変制御によりアイドル回転速
度フィードバック制御を行う場合は、同じアイドル運転
中であっても吸気弁リフト量が逐次変化するため、この
ような修正を行うことが望ましい。但し、アイドル運転
中に使用される最大リフト・作動角に合わせて基準許可
範囲を設定しておき、実回転角度の前回値rLzに基づ
く許可範囲の修正を省略するようにすることもできる。
また、第1実施例の場合と同様に、アイドル運転中の位
相可変機構21の状態変化が小さい場合や、アイドル運
転中に位相可変機構21を基準状態に固定する制御を行
う場合には、回転位相差rθに応じた許可範囲の修正を
省略することが可能である。
の加速度の特性の一例を示しているが、図示するよう
に、リフトの初期および終期に所定のランプ区間が設け
られている。本発明において、「吸気弁がリフトしてい
ない」あるいは「リフト量が0」の厳密な意味は、図1
6のの範囲以外となるが、ランプ区間における微小リ
フトは、制御軸12に加わる荷重による誤差の上で無視
できる程度のものであるので、ランプ区間を無視した
の範囲以外を、「吸気弁がリフトしていない」あるいは
「リフト量が0」と取り扱ってもよい。
て、上記可変動弁装置の制御の第3実施例を説明する。
この第3実施例は、請求項14,15の発明を開示する
ものである。
ロールユニット19において一定時間毎に繰り返し実行
される。まずステップ500で、内燃機関の運転条件と
してアクセル開度APOと機関回転速度Neとを読み込
み、かつステップ501で、機関回転速度Neに基づい
てローパスフィルタのフィルタ定数を算出する。例え
ば、4ストローク4気筒機関において、回転速度Neが
600rpmであれば、1秒間に20回吸気弁11がリ
フトする(つまり1秒間に20回、制御軸12に荷重が
加わる)ので、20Hz以下の周波数域の信号のみ通過
させるフィルタとなるようにフィルタ定数を決定する。
出力信号rLを読み込み、エンジンコントロールユニッ
ト19内のRAMに保存する。この出力信号rLの読み
込みは、ルーチンの繰り返しに従って所定時間毎に実行
されるので、出力信号rLの時系列のデータが生成され
る。
れた出力信号rLのデータに、ステップ501で定めた
フィルタ定数のフィルタ処理を施し、所定の低周波数域
の信号のみを通過させてなる実回転角度FrLを取得す
る。
に基づいてエンジンコントロールユニット19内のRA
Mから制御軸12の目標回転角度tLを読み込む。そし
て、ステップ505で、目標回転角度tLと実回転角度
FrLとに基づき、アクチュエータ13(モータ)を制
御するための制御信号を生成する。
は、クランク角度に基づく処理を要さずに制御軸12の
実回転角度の検出精度を高めることができ、リフト・作
動角の制御状態や位相可変機構21の制御状態に左右さ
れることがない。また、機関回転速度Neに応じてフィ
ルタ定数を設定することで、機関回転速度Neが変化し
ても、確実に誤差を排除できる。
Neに基づいてローパスフィルタのフィルタ定数を変更
しているが、アイドル運転中の最低回転速度に対応する
固定のフィルタ定数のローパスフィルタを用いるように
してもよい。但し、この場合は、アイドル運転中のみフ
ィルタ処理を施し、非アイドル運転中はフィルタ処理を
施さないように制御を切り換えることが望ましい。
たが、この発明は、特開平8−260923号公報に記
載されているような形式の可変動弁装置においても同様
に適用することが可能である。但し、この形式の可変動
弁装置では、制御軸の回転角度に応じて作動角が変化す
るものの、最大リフト量は常に一定となる。
斜視図。
とを示す特性図。
特性図。
制御モード選択ルーチンのフローチャート。
ーチャート。
ーチャート。
のバルブリフト特性とともに示す特性図。
した位相可変機構の制御の例を示すフローチャート。
ーチャート。
タイミング等を示すタイミングチャート。
フローチャート。
Claims (15)
- 【請求項1】 内燃機関本体に回転自在に支持され、か
つ内燃機関の回転に同期して回転する駆動軸と、 内燃機関本体に回転自在に支持され、かつアクチュエー
タによって回転角度が制御される制御軸と、 上記駆動軸の回転運動が伝達されて回転運動もしくは揺
動運動するとともに、その回転運動もしくは揺動運動の
内燃機関本体に対する中心位置が、上記制御軸の回転角
度に応じて変化する中間部材と、 を含み、上記中間部材の運動に伴って吸気弁がリフトす
るとともに、上記中心位置の変化によりリフト特性が変
化するように構成された内燃機関の可変動弁装置におい
て、 内燃機関本体に固定され、かつ上記制御軸の回転角度に
応じたセンサ出力を発生する回転角度センサと、 吸気弁がリフトしていないときの上記センサ出力に基づ
いて上記アクチュエータを制御する制御装置と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項2】 上記制御装置は、吸気弁がリフトしてい
ないときの上記センサ出力に基づいて上記アクチュエー
タを制御する第1制御モードと、吸気弁のリフトの有無
と無関係に取得した上記センサ出力に基づいて上記アク
チュエータを制御する第2制御モードと、を選択的に切
り換えて実行することを特徴とする請求項1に記載の内
燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項3】 上記制御装置は、吸気弁の作動角が所定
角度より小さいときに上記第1制御モードを選択し、吸
気弁の作動角が上記所定角度より大きいときに上記第2
制御モードを選択することを特徴とする請求項2に記載
の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項4】 上記制御装置は、内燃機関の運転条件が
低回転低負荷領域にあるときに上記第1制御モードを選
択し、内燃機関の運転条件が低回転低負荷領域外にある
ときに上記第2制御モードを選択することを特徴とする
請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項5】 上記制御装置は、内燃機関がアイドル運
転中であるときに上記第1制御モードを選択し、内燃機
関が非アイドル運転中であるときに上記第2制御モード
を選択することを特徴とする請求項2に記載の内燃機関
の可変動弁装置。 - 【請求項6】 上記制御装置は、上記第1制御モードが
選択されている間、上記駆動軸の回転角度が所定角度と
なる毎に上記センサ出力の取り込みを実行することを特
徴とする請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項7】 内燃機関のクランクシャフトの回転角度
を検出するクランク角度センサを備え、 上記制御装置は、上記クランク角度センサで検出したク
ランクシャフトの回転角度が所定クランク角度となる毎
に上記センサ出力の取り込みを実行することを特徴とす
る請求項6に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項8】 上記クランクシャフトに対する上記駆動
軸の回転位相を変更する第2の可変動弁機構を備え、 上記制御装置は、上記回転位相の変更に応じて上記所定
クランク角度の設定を変更することを特徴とする請求項
7に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項9】 上記制御装置は、所定時間毎に上記セン
サ出力の取り込みを実行しており、上記第1制御モード
が選択されている間、上記駆動軸の回転角度が所定角度
範囲にあるときに取り込んだ上記センサ出力のみに基づ
いて上記アクチュエータに対する制御信号を生成するこ
とを特徴とする請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装
置。 - 【請求項10】 内燃機関のクランクシャフトの回転角
度を検出するクランク角度センサを備え、 上記制御装置は、上記クランク角度センサで検出したク
ランクシャフトの回転角度が所定クランク角度範囲にあ
るときに取り込んだ上記センサ出力のみに基づいて上記
アクチュエータに対する制御信号を生成することを特徴
とする請求項9に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項11】 上記制御装置は、上記所定クランク角
度範囲にあるときに取り込んだ上記センサ出力に基づい
て、当該所定クランク角度範囲を修正することを特徴と
する請求項10に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項12】 上記クランクシャフトに対する上記駆
動軸の回転位相を変更する第2の可変動弁機構を備え、 上記制御装置は、上記回転位相の変更に応じて上記所定
クランク角度範囲の設定を変更することを特徴とする請
求項10または11に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項13】 上記クランクシャフトに対する上記駆
動軸の回転位相を変更する第2の可変動弁機構を備え、 この第2の可変動弁機構は、上記第1制御モードが選択
されている間、基準状態に固定されることを特徴とする
請求項2に記載の内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項14】 内燃機関本体に回転自在に支持され、
かつ内燃機関の回転に同期して回転する駆動軸と、 内燃機関本体に回転自在に支持され、かつアクチュエー
タによって回転角度が制御される制御軸と、 上記駆動軸の回転運動が伝達されて回転運動もしくは揺
動運動するとともに、その回転運動もしくは揺動運動の
内燃機関本体に対する中心位置が、上記制御軸の回転角
度に応じて変化する中間部材と、 を含み、上記中間部材の運動に伴って吸気弁がリフトす
るとともに、上記中心位置の変化によりリフト特性が変
化するように構成された内燃機関の可変動弁装置におい
て、 内燃機関本体に固定され、かつ上記制御軸の回転角度に
応じたセンサ出力を発生する回転角度センサと、 上記センサ出力のうち所定低周波数域の信号のみを通過
させるローパスフィルタと、 上記ローパスフィルタの出力に基づいて上記アクチュエ
ータを制御する制御手段と、 を備えたことを特徴とする内燃機関の可変動弁装置。 - 【請求項15】 内燃機関の回転速度に応じて上記所定
低周波数域を設定することを特徴とする請求項14に記
載の内燃機関の可変動弁装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2002003060A JP3815332B2 (ja) | 2002-01-10 | 2002-01-10 | 内燃機関の可変動弁装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008138632A (ja) * | 2006-12-04 | 2008-06-19 | Denso Corp | リフト特性検出装置 |
JP2009174411A (ja) * | 2008-01-24 | 2009-08-06 | Hitachi Ltd | 内燃機関のバルブタイミング制御装置およびその装置に用いられる回転角度検出手段の製造方法 |
JP2013117172A (ja) * | 2011-12-01 | 2013-06-13 | Toyota Motor Corp | 火花点火式内燃機関 |
CN107893706A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-04-10 | 海南大学 | 一种连续可变气门系统及其控制方法 |
CN109611205A (zh) * | 2018-11-28 | 2019-04-12 | 天津大学 | 基于配气机构摇臂位置检测的四冲程发动机相位检测方法 |
-
2002
- 2002-01-10 JP JP2002003060A patent/JP3815332B2/ja not_active Expired - Fee Related
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CN109611205B (zh) * | 2018-11-28 | 2020-12-25 | 天津大学 | 基于配气机构摇臂位置检测的四冲程发动机相位检测方法 |
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